Контактный датчик для регистрации момента подлета осколка при взрыве осколочного снаряда

Контактный датчик для регистрации момента подлета осколка при взрыве осколочного снаряда

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Изобретение относится к области взрывной баллистики. Техническим результатом является создание простого и надежного контактного датчика для определения начальной скорости разлета осколков.

Уровень техники

Изобретение относится к техническим устройствам, служащим для определения скорости на начальном этапе разлета готовых поражающих элементов (ПЭ) и осколков естественного дробления, образующихся при взрывном разрушении корпусов осколочных боеприпасов (БП).

В [1] представлен способ испытания осколочного БП, который является модификацией известного (гостированного) способа проведения осколочных испытаний на полигонах. В основе обоих способов лежит следующее.

Измерение скорости здесь обычно совмещают с определением распределения осколков по меридиональному углу разлета. Используют полуцилиндрическую вертикальную стенку, обитую металлическим (дюралевым или стальным) листом. БП устанавливают в центре полуцилиндра в горизонтальном положении. С помощью скоростных кинокамер фиксируют время t между двумя моментами - освещением щита при подрыве снаряда и моментом удара осколков о щит, фиксируемом по вспышкам при ударе. Скорость осколков определяют как V₀=R/t, где R - радиус полуцилиндра (радиус оболочки снаряда считается пренебрежимо малым).

В качестве недостатка обоих способов можно отметить, что поскольку расстояние R до вертикальной стенки выбирается достаточно большим (чтобы разлетающиеся продукты взрыва (ПВ) не долетали до нее и не экранировали съемку вспышек от осколков), то рассчитанная по формуле скорость V₀ является средней на базе измерения R, и считать ее начальной скоростью разлета осколков можно лишь приближенно. Действительно в процессе расширения и дробления осколочной оболочки БП происходит набор скорости осколками от нуля до максимальной в течение определенного промежутка времени (пусть малого) и эта максимальная скорость не совпадает со скоростью V₀.

Таким образом, при использовании известного способа измерения скорости разлета теряется важная информация, связанная с динамикой разгона осколочной оболочки на ее начальном этапе движения.

В [2] приведено техническое решение, являющееся последующей модификацией предыдущего, состоящее в том, что вертикальную стенку выполняют в виде плоского прямоугольника с нанесенными на него двумя параллельными линиями, расположенными вертикально или горизонтально и образующими границы измерительной базы, ось снаряда располагают параллельно упомянутым линиям, измерительную базу размещают в поле зрения высокочастотной фотокамеры и измеряют время перемещения осколочного фронта вдоль измерительной базы.

Данное техническое решение не устраняет вышеописанного недостатка и приводит лишь к некоторому уточнению величины средней скорости осколка.

В близком техническом решении [3], выбранном в качестве аналога, предлагается устройство для измерения запреградной скорости ПЭ (пуль, снарядов, осколков) при пробитии преград. Устройство, содержащее датчик, выполненный в виде сеточных электродов, снабжено датчиком запуска, формирователем импульса запуска, измерителем временных интервалов, схемой совпадения и формирователем импульса остановки. Пробивший преграду основной ПЭ, а также выделившиеся вторичные осколки, ПВ и ударная волна (УВ) приведут к электрическому замыканию датчика запуска.

Датчик подвергнется сначала действию вторичных ПЭ. Для надежного срабатывания датчик выполнен в виде двух или более пар параллельных сеточных электродов. Размер ячейки каждого электрода равен диаметру выходящего из преграды ПЭ, расстояние между электродами выбирается из условия надежного замыкания ПЭ двух рядом расположенных электродов. Ячейки сеточных электродов сдвинуты друг относительно друга так, что узлы ячеек одного электрода находятся напротив геометрического центра ячеек другого электрода. Такая конструкция датчика позволяет избежать преждевременного срабатывания при воздействии осколков и не допустить его преждевременного разрушения от действий УВ и ПВ. Для недопущения замыкания датчика через ионизированные ПВ электроды могут быть выполнены из изолированных проводов. Материалом для изготовления датчика запуска может служить тонкая фольга.

Достоинством устройства из [3] следует считать представление контактного датчика в виде двух или более пар параллельных сеточных электродов. Однако прямое использование предложенного устройства для измерения скорости осколков в ближней зоне взрыва осколочного БП проблематично в силу того, что в этом случае сначала движется сильная УВ, затем высокоскоростные ПВ и лишь затем осколки корпуса, которые летят эшелонированно в ПВ. Поэтому на сетчатые электроды, которые должны располагаться вблизи БП, осуществляется последовательное силовое воздействие от УВ, ПВ и лишь потом осколков. Поскольку УВ и ПВ вблизи сработавшего осколочного БП имеют очень высокие параметры, то они могут привести к разрушению контактного датчика еще до момента подлета ПЭ (осколков).

Следовательно, необходима специальная конструкция контактного датчика, учитывающая особенности его взрывного нагружения.

В [4] предложено техническое устройство, наиболее близкое по конструкции к предлагаемому изобретению, поэтому оно было выбрано в качестве прототипа. Устройство содержит металлическую подложку, оголенный проводник и слой изоляционного материала, размещенного между подложкой и проводником, которые соединены с разноименными клеммами источника постоянного напряжения.

Недостаток тот же - невозможность прямого использования в условиях взрывного нагружения.

Раскрытие изобретения

Решаемой задачей настоящего изобретения является повышение защищенности конструкции контактного датчика применительно к условиям взрыва.

Указанная задача решается тем, что в известном техническом устройстве, содержащем металлическую подложку, оголенный проводник и слой изоляционного материала, размещенный между подложкой и проводником, которые соединены с разноименными клеммами источника постоянного напряжения, поверхность оголенного проводника со стороны, обращенной к снаряду, покрыта защитным слоем из малоплотного изоляционного материала с удельной массой 0,1…0,4 г/см², при этом сам проводник выполнен в виде змейки из тонкого провода, шаг между витками которой составляет не более 0,3δ, где δ - толщина корпуса осколочного снаряда.

Перечень чертежей

Фиг.1. Схема размещения датчиков около осколочного снаряда.

Фиг.2. Вид датчика и его сечение.

Фиг.3. Практическая реализация изобретения в условиях полигона.

Фиг.4. Типичная регистрация.

Осуществление изобретения

На чертежах цифрами и буквами обозначены:

1 - осколочный БП;

2 - контактный датчик;

3 - металлическая подложка;

4 - оголенный проводник;

5 - защитный слой;

6 - упор для размещения контактного датчика;

x_i - удаления датчиков до поверхности БП.

На фиг.1 представлена схема размещения датчиков на различных удалениях x_i от поверхности снаряда, при этом датчики 2 размещаются на возрастающем удалении от поверхности БП 1 со смещением по углу для предотвращения экранировки друг друга.

На фиг.2 приведен вид датчика и его центральное сечение. Оголенный проводник 4 размещен на поверхности металлической подложки со слоем изоляционного материала 3 в виде змейки, при этом концы змейки свиваются в один провод и подключаются к одному полюсу источника постоянного напряжения. Ко второму полюсу подключается металлическая подложка 3. Со стороны датчика, обращенной к БП, провода покрываются защитным слоем 5 для предотвращения срабатывания датчика от ионизированных ПВ и УВ, причем защитный слой 5 выполняется из малоплотного изоляционного материала (скотч, картон) с удельной массой 0,1…0,4 г/см². Как показывают эксперименты при удельной массе 0,1 г/см², в ближней зоне взрыва БП происходит разрушение защитного слоя и оголенного проводника еще до подлета ПЭ, а при удельной массе более 0,4 г/см² происходит заметное снижение скорости ПЭ и появляется нестабильность срабатывания датчика. Выполнение оголенного проводника в форме змейки позволяет свести к минимуму электромагнитные наводки при взрыве на регистрирующую аппаратуру через конденсатор подложка - оголенный проводник. При иной форме выполнения оголенного проводника (фольга, частая сетка и т.п.) возникающие наводки настолько возрастают, что практически не позволяют зарегистрировать момент срабатывания датчика. Срабатывание датчика происходит при замыкании электрической цепи оголенный проводник - подложка непосредственно через осколок, поэтому между витками шаг змейки h должен быть не больше ширины осколка. При взрывном расширении осколочной оболочки происходит ее утонение и при толщине порядка 0,6δ происходит разрушение ее на осколки. Для надежного срабатывания датчика полагалось, что 2h≤0,6δ, откуда следует h≤0,3δ.

На фиг.3 представлен вариант практической реализации изобретения в полигонных условиях - расположение датчиков вблизи осколочно-фугасного снаряда калибра 152 мм.

На фиг.4 приведена типичная осциллограмма записи срабатывания сборки из четырех датчиков.

Предлагаемое техническое устройство работает следующим образом.

Запуск всех датчиков происходит в один и тот же момент времени, соответствующий подаче инициирующего импульса на капсюль-детонатор (указан горизонтальной стрелкой для каждого датчика на фиг.4). Затем происходит распространение детонационной волны по заряду ВВ, чему соответствуют горизонтальные «полочки» на фиг.4. Момент замыкания первого датчика расширяющейся оболочкой, расположенного в данном случае непосредственно на поверхности снаряда, отмечен вертикальной стрелкой. Дальнейшая запись соответствует электромагнитной помехе на остальных датчиках, пока осколки еще не долетели до них, и их последовательному срабатыванию (моменты обрыва записи). Видно, что при выполнении оголенного проводника в виде змейки, возникающие электромагнитные помехи не препятствуют регистрации момента срабатывания датчиков.

Таким образом, по регистрациям можно точно отследить моменты времени t_i срабатывания датчиков, по которым вычисляется время движения осколка между датчиками Δt_i=t_i-t_i-1, и с учетом расстояния между ними Δx_i=x_i-x_i-1 имеем V_i=Δx_i/Δt_i - средняя скорость полета осколка на участке Δх_i.

Источники информации

1.Патент RU 2131583 от 05.04.1996.

2. Патент RU 2353893 от 09.03.2007.

3. Патент RU 2094740 от 21.05.1996.

4. Батуев Г.С., Голубков Ю.В., Ефремов А.К., Федосов А.А. Инженерные методы исследования ударных процессов. - М.: Машиностроение, 1977, с.228, рис.130.

Контактный датчик для регистрации момента подлета осколка при взрыве осколочного снаряда, содержащий металлическую подложку, оголенный проводник и тонкий слой изоляционного материала, размещенный между подложкой и проводником, которые соединены с разноименными клеммами источника постоянного напряжения, отличающийся тем, что поверхность оголенного проводника со стороны, обращенной к снаряду, покрыта защитным слоем из малоплотного изоляционного материала с удельной массой 0,1…0,4 г/см², при этом сам проводник выполнен в виде змейки из тонкого провода, шаг между витками которой составляет не более 0,3δ, где δ - толщина корпуса осколочного снаряда.